Zonnestroom kan veiliger

PV-systemen – of populair gezegd zonnepanelen – zijn onmisbaar als bron van energie. Maar ze worden ook als potentieel veiligheidsrisico gezien. Internationaal zijn hiervoor veiligheidssystemen in zwang die in Nederland beperkt toepassing vinden. Dit artikel gaat nader in op de risico’s en op de stand der techniek voor PV-veiligheidssystemen.

PV-systemen worden als potentieel veiligheidsrisico gezien, omdat delen van de installatie zolang er zonlicht is onder spanning blijven staan. Dit heeft gevolgen voor de veiligheid van personen die aan of bij deze systemen werken, vooral bij calamiteiten als brand of storm. Daarnaast kunnen bij de gebruikelijke configuratie vlambogen ontstaan met een dusdanig vermogen dat normale dakbedekking en -isolatie kan ontbranden.

Werking en risico’s van PV-systemen

De veiligheidsrisico’s van PV-systemen liggen op het snijvlak van elektrische veiligheid en brandveiligheid. Een enkel zonnepaneel wekt een gelijkspanning (DC) op van 20-40 V en een piekvermogen tot 500 Watt. Als ontstekingsbron is het vermogen van een enkel paneel, geplaatst op een dak van moeilijk brandbaar materiaal, een beperkt risico. De spanning levert bij aanraking geen gevaar op voor personen.

De toepassing van grote aantallen panelen als PV-systeem berust meestal op het in serie schakelen van meerdere panelen, waardoor een string ontstaat die een gelijkspanning van 900 tot 1.500 V opwekt. Voor deze schakeling wordt gekozen, omdat bij hogere spanning dunnere kabels kunnen worden gebruikt om het vermogen over te brengen. Meerdere strings worden parallel geschakeld, vaak in zogenaamde combinerboxen. Per sectie ontstaat zo een vermogen van 25 kW tot zelfs 100 kW. Een zogenaamde inverter zet de gelijkspanning om in bruikbare wisselspanning.

PV panelen — **De toepassing van grote aantallen panelen als PV-systeem berust meestal op het in serie schakelen van meerdere panelen.**

De gelijkspanning kan een vlamboog doen ontstaan met een aanzienlijk vermogen. Dit kan brandbare materialen in de omgeving ontsteken. Zolang er daglicht is, blijft deze ontstekingsbron in stand. Omdat veel panelen een aanzienlijk aandeel kunststof bevatten vormen deze (naast de dakbedekking en isolatie) ook brandstof die kan worden ontstoken.

Een gelijkspanning van maximaal 110 V wordt (onder droge omstandigheden) als aanraakveilig beschouwd. Onder natte omstandigheden kan een veel lagere gelijkspanning al risico’s opleveren bij aanraking.

Vlambogen kunnen ontstaan als gevolg van slecht contact in verbindingen, veroudering, UV-straling of mechanische beschadiging van kabelisolatie. Vlambogen kunnen ontstaan tussen geleiders onderling of tussen geleiders en de aarde.

Risico op elektrocutie kan ontstaan als onderhoudspersoneel of brandweerpersoneel in aanraking komt met spanning voerende delen. De gelijkspanning in het systeem wordt zolang er daglicht is onderhouden door het systeem, en kan niet afgeschakeld worden. De wisselspanning na de inverter kan wel worden afgeschakeld.

Ontwerp en veiligheidssystemen

Er zijn een aantal basisvoorwaarden voor het (brand)veilig functioneren van deze systemen. Met name een goed ontwerp, goede wijze van kabelverlegging, de toepassing van goedgekeurde connectoren en UV bestendige kabel vormen de basis voor een (brand)veilig PV-systeem.

De opbouw van de dakbedekking en de dakisolatie moet aan hogere eisen voldoen dan alleen de voorschriften uit het Bouwbesluit. Het Bouwbesluit veronderstelt vliegvuur als ontstekingsbron of beperkte warmtestraling (NEN 6063). Een dak dat bestand moet zijn tegen ontsteking door een vlamboog, moet voldoen aan andere criteria. Hierbij speelt de dakisolatie ook een rol.

Lees ook: Is er een veilige afstand tussen velden met PV-panelen op platte daken?

Internationaal georiënteerde instanties als FM en NFPA hebben standaards ontwikkeld voor een veilige toepassing van PV-panelen op daken. Zij schrijven sinds 2014 voor dat in geval van calamiteiten of werkzaamheden de gelijkspanning binnen 30 seconden teruggeschakeld moet kunnen worden tot beneden 80 V. Dit kan op zich eenvoudig worden gerealiseerd door de in serie geschakelde panelen om te zetten op parallelschakeling, zodat de spanning 20-40 V bedraagt. Hiervoor zijn gestandaardiseerde en geteste schakelunits op de markt. Inmiddels is de techniek zover voortgeschreden dat ook met andere PV Hazard Control Systems de veiligheid van personen kan worden gewaarborgd. Deze systemen worden onder de FM en NFPA standaards getest door instellingen als UL. Hazard Control Systems worden ook wel als Rapid Shutdown beschreven.

De aansturing van deze beveiliging kan handmatig, door monteurs of door de brandweer, vanaf een veilige plaats geschieden. Aansturing vindt ook plaats wanneer een vlamboog wordt gedetecteerd, of wanneer een aardfout wordt vastgesteld.

PV-systemen moeten volgens deze standaards uitgerust zijn met automatische aardfout- en vonkdetectie.

De toepassing van schuimkunststof in de PV-panelen wordt in deze standaards niet toegestaan, en de eisen aan de dakopbouw kunnen (afhankelijk van de constructie van het PV-paneel) inhouden dat tussen de dakisolatie en de dakbedekking nog een harde, onbrandbare laag wordt geplaatst.

Beeld in Nederland

In ons land is de NEN 1010 als veiligheidsbepaling van toepassing. Deze norm bevat slechts basale eisen met betrekking tot de veiligheid van gelijkspanningssystemen en is met name gericht op de wisselspanning-zijde van het systeem. Voorzieningen als automatische afschakeling bij aardfout of vlamboogdetectie zijn niet vereist, evenals de aanwezigheid van een PV Hazard Control System of iets gelijkwaardigs.

We merken dat veel partijen niet op de hoogte zijn van het bestaan van deze meer geavanceerde veiligheidssystemen. Brandweer en verzekeraars vragen er niet naar en leveranciers bieden ze niet aan. Er zijn inmiddels systemen in werking met zogenaamde optimisers of micro-inverters per paneel die wel tot een veilige spanning kunnen afschakelen, die worden echter meer als opbrengst-optimalisatie dan als veiligheidssysteem aangeprezen.

Ook in de veel gebruikte SCIOS Scope 12 keuring komen deze systemen niet in beeld, omdat deze keuring zich beperkt tot wat er in de overeenkomst tussen opdrachtgever en leverancier is afgesproken, en tot de basiseisen uit de NEN 1010.

In publicaties van het NIPV/de brandweer klinkt de perceptie door dat PV-systemen niet kunnen worden uitgeschakeld. Er wordt weliswaar gesproken over het afschakelen van delen van de DC-bekabeling maar het concept ‘automatisch afschakelen naar een veilige spanning’ lijkt een onbekende materie te zijn.

De publicaties van de meeste verzekeraars bevatten geen technische eisen met betrekking tot veiligheid van personen of aardfoutdetectie.

In publicaties wordt veel gewezen op het belang van goede kabels, een goed ontwerp en goede connectoren. De internationaal georiënteerde standaards gaan een stap verder door ook te vereisen dat het systeem bewaakt wordt en bij het ontstaan van een risicovolle situatie automatisch in een veilige toestand komt. Veiligheidskundig verdient dit laatste de voorkeur.

Risicoprofiel

De markt voor zonnestroom concurreert sterk op prijs. Een aantal basale veiligheidsconcepten die internationaal zijn geaccepteerd hebben in ons land nog geen opgang gevonden. Daardoor vormen deze systemen bij brand een veiligheidsrisico voor de brandweer en zal bij schade aan de isolatie en verhoogde kans op brand ontstaan.

Het schadebeeld is kennelijk nog zodanig beperkt dat verzekeraars zich niet geroepen voelen om de technische voorschriften aan te scherpen.

Het ligt in de verwachting dat PV-systemen, naarmate zij meer toepassing vinden en ouder worden, vaker veroorzaker van brand zullen zijn of bij brand betrokken zullen raken.

Wat betekent dit voor onze beroepsgroep? Fire Safety Engineers moeten op grond van de strekking van hun beroepscode de actuele stand der techniek inzetten om risico’s als gevolg van brand te beperken. Met de kennis van de hierboven beschreven technieken moeten we deze beveiligingssystemen dus opnemen in brandveiligheidsconcepten, dan wel de beoordeling van PV-systemen (en de onderliggende constructie) op brandveiligheid hierop baseren. Ook als dit tegen de heersende inzichten en de markttendens ingaat.

Marcel Lasker FIFireE

Literatuur